DE4413127C1 - Process for the production of porous, flowable shaped bodies made of silicon carbide and shaped bodies - Google Patents

Process for the production of porous, flowable shaped bodies made of silicon carbide and shaped bodies

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DE4413127C1
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Abstract

A process is disclosed for producing porous, current-conducting moulded bodies made of silicon carbide. For that purpose, a granulate with grains in a size range from 0.2 to 10 mm or a powder mixture are used. To form the granulate, silicon, carbon and/or alpha -silicon carbide are used as starting materials, besides a coking organic binder. A green compact is formed therewith and coked in an inert gas atmosphere or in a vacuum by heating up to a temperature in a range from 600 to 1000 DEG C. The green compact obtained by coking is heated up to a temperature from 1600 to 2000 DEG C, causing silicon to react with carbon and form beta -silicon carbide. Components may thus be produced with more or less sharply defined partial regions, layers or zones, whose arrangement in the component determines its temperature profile when current flows therethrough. These areas have a lower or higher specific resistance, as required. To form these moulded bodies, the powder mixtures and/or granulates used to form the various layers and/or regions are composed of coking organic binder, and in addition either of silicon, of silicon and carbon, of silicon, carbon and alpha -silicon carbide, or only of alpha -silicon carbide, and of further doping substances required to achieve the desired electric conductivity.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Her­ stellung poröser, durchströmbarer Formkörper aus Sili­ ciumcarbid, bei dem aus Granulat einer Kornfraktion aus dem Korngrößenbereich von 0,2-10 mm oder aus Misch­ pulver, bei deren Bildung als Ausgangsstoffe außer einem verkokbaren organischen Binder noch Silicium, Kohlenstoff und/oder α-Siliciumcarbid eingesetzt werden, ein Grünkörper geformt wird, der in einer Inertgasatmosphäre oder im Vakuum durch Aufheizen auf eine Temperatur im Bereich von 600-1000°C verkokt wird und bei dem der nach dem Verkokungsprozeß entstan­ dene Formkörper auf eine Temperatur von 1600-2000°C aufgeheizt wird, wobei sich das Silicium mit Kohlenstoff zu β-Siliciumcarbid umsetzt. Sie bezieht sich ferner auf einen durchströmbaren Formkörper aus Siliciumcarbid, elektrisch aufheizbar über elektrische Kontakte, mit einer Porosität von 35-75%.The invention relates to a method for manufacturing position of porous, flowable molded body made of sili cium carbide, in which a granular fraction is made from granules the grain size range from 0.2-10 mm or from mixed powder, in their formation as starting materials except a carbonizable organic binder or silicon, Carbon and / or α-silicon carbide used a green body is formed, which in a Inert gas atmosphere or in a vacuum by heating coked a temperature in the range of 600-1000 ° C is and in which emerged after the coking process the shaped body to a temperature of 1600-2000 ° C. is heated, the silicon with Carbon converts to β-silicon carbide. It relates furthermore on a flowable shaped body Silicon carbide, electrically heatable via electrical Contacts, with a porosity of 35-75%.

Damit ein keramisches Bauteil bei einer vorgegebenen Betriebsspannung und Betriebstemperatur als Wider­ standsheizelement eingesetzt werden kann, muß entweder sein elektrischer Gesamtwiderstand seiner geometrischen Gestalt entsprechend eingestellt werden oder diese un­ ter Berücksichtigung des spezifischen elektrischen Wi­ derstandes des Werkstoffes ausgelegt werden.So that a ceramic component at a given Operating voltage and operating temperature as opposites auxiliary heating element can be used either its total electrical resistance is its geometric Shape can be adjusted accordingly or this un ter taking into account the specific electrical Wi  the state of the material.

Handelt es sich beispielsweise um einen hochporösen SiC-Werkstoff wie im Falle eines Durchflußheizelementes (DFH) oder Dieselrußfilters, muß das Bauteil aufgrund der geringen Festigkeit des Werkstoffes eine relativ starke Wanddicke aufweisen, damit das Bauteil sowohl bei der Handhabung als auch bei dem Einsatz mechanisch hinreichend stabil ist. Aus der DE-OS 41 30 630 ist ein solches Dieselrußfilter bekannt.For example, if it is a highly porous one SiC material as in the case of a flow heating element (DFH) or diesel soot filter, the component must be due the low strength of the material a relative have a thick wall so that the component is both mechanical as well as handling is sufficiently stable. From DE-OS 41 30 630 is a such diesel soot filter known.

Derartige Bauteile erfordern, da sie einen einheitli­ chen spezifischen elektrischen Widerstand aufweisen und da die gesamte Masse des Bauteils aufgeheizt werden muß, einen hohen Energie- und Zeitaufwand zur Errei­ chung der Betriebstemperatur. Für die Anwendung eines solchen rohrförmigen Bauelementes als Dieselrußfilter mit periodischer Regeneration wirkt diese Tatsache be­ sonders nachteilig, weil einerseits die vom Ruß belegte äußere Oberfläche des Filters bei der Regeneration we­ gen der Kühlwirkung des einströmenden Motorabgases nur langsam die Zündtemperatur des abgeschiedenen Rußes er­ reicht und zum anderen das abfiltrierte Abgas unnötig überheizt, da die Innentemperatur des Filters weit hö­ her liegt. Eine Umkehrung dieses Temperaturprofils würde also diese Nachteile deutlich verringern.Such components require, since they have a uniform Chen have specific electrical resistance and because the entire mass of the component will be heated must, a high expenditure of energy and time to Errei operating temperature. For the application of a such a tubular component as a diesel soot filter with periodic regeneration this fact works particularly disadvantageous because, on the one hand, the one occupied by the soot outer surface of the filter during regeneration against the cooling effect of the incoming engine exhaust only slowly the ignition temperature of the deposited soot is sufficient and, on the other hand, the filtered exhaust gas is unnecessary overheated because the internal temperature of the filter is far higher lies here. A reversal of this temperature profile would significantly reduce these disadvantages.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, das die Herstellung von Bauteilen der ein­ gangs bezeichneten Art ermöglicht, die mehr oder weni­ ger scharf begrenzte Teilbereiche, Schichten oder Zonen aufweisen, deren Anordnung im Bauteil dessen Tempera­ turprofil beim Stromdurchgang bestimmen. Die Bereiche sollen dabei je nach Vorgabe - unabhängig von deren Po­ rosität - einen niedrigeren oder höheren spezifischen Widerstand aufweisen.It is therefore an object of the invention to provide a method create the manufacture of components of a gangs referred to allows more or less sharply delimited sub-areas, layers or zones have, their arrangement in the component whose tempera Determine the door profile when passing electricity. The areas Depending on the requirements - regardless of their bottom rosity - a lower or higher specific  Exhibit resistance.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Ver­ fahrensmaßnahmen gemäß Anspruch 1 gelöst.This object is achieved according to the invention by Ver driving measures solved according to claim 1.

Teilbereiche oder Schichten mit unterschiedlichem spe­ zifischen elektrischen Widerstand können alleine da­ durch gebildet werden, daß - ohne daß Dotierungsstoffe eingesetzt werden - unterschiedliche Mischpulver oder Granulate für die einzelnen Teilbereiche eingesetzt werden. So erhält man beispielsweise einen Teilbereich mit relativ hohem elektrischen Widerstand, wenn ein Mischpulver aus wenig Binder, zu diesem in stöchiome­ trischem Verhältnis Silicium und möglichst viel α-Sili­ ciumcarbid eingesetzt wird. Je nach dem zu erzielenden spezifischen elektrischen Widerstand geht man somit von dem hierfür geeigneten Ausgangspulver oder Granulat aus.Subareas or layers with different spe specific electrical resistance can be there alone are formed by that - without dopants are used - different mixed powders or Granules used for the individual sub-areas become. For example, you get a partial area with relatively high electrical resistance if one Mixed powder from little binder, to this in stoichiome tric ratio silicon and as much α-Sili cium carbide is used. Depending on what can be achieved specific electrical resistance is therefore assumed the appropriate starting powder or granulate out.

Eine zusätzliche Möglichkeit der Ausbildung von im Hin­ blick auf die elektrischen Eigenschaften unterschiedli­ chen Bereichen bzw. Schichten erhält man durch den Ein­ satz der Dotierungsstoffe. Die Wirkung der Dotierungs­ stoffe im Hinblick auf die gewünschten elektrischen Eigenschaften ist dabei grundsätzlich an das Entstehen von α-Siliciumcarbid gebunden.An additional way of training in the outward different electrical properties Chen areas or layers are obtained by the one set of dopants. The effect of the doping fabrics with regard to the desired electrical Properties is basically the origin bound by α-silicon carbide.

Die Dotierungsstoffe werden den Ausgangsstoffen für die Mischpulver bzw. Granulate in geeigneter Menge zuge­ mischt. Als Dotierungsstoffe können sowohl Elektronen­ donatoren wie Antimon Phosphor und Zinn als auch Elektronenrezeptoren wie Aluminium, Beryllium sowie Bor elementar oder chemisch gebunden, eingesetzt werden. Die Teilbereiche der Formkörper aus diesen so vordo­ tierten Materialien weisen nach der thermischen Behand­ lung, ihrer Dotierungsart entsprechend, der Art und Menge der Additive und - wie oben erwähnt - abhängig von den Ausgangsstoffen, unterschiedliche spezifische elektrische Widerstände auf.The dopants become the starting materials for the Mixed powder or granules added in a suitable amount mixes. Both electrons can be used as dopants donors like antimony phosphorus and tin as well Electron receptors such as aluminum, beryllium and boron elementary or chemically bound. The sub-areas of the moldings from these so predo materials after thermal treatment  according to their type of doping, the type and Amount of additives and - as mentioned above - dependent of the starting materials, different specific electrical resistances.

Soll ein relativ geringer spezifischer elektrischer Wi­ derstand erzielt werden, dann ist in dem für den ent­ sprechenden Teilbereich vorgesehenen Mischpulver und/oder Granulat weniger als 70% α-Siliciumcarbid einzusetzen. In diesem Fall empfiehlt sich außerdem, daß die Aufheizung des nach dem Verkokungsprozeß ent­ standenen Vorkörpers unter Stickstoff und/oder stick­ stoffhaltiger Atmosphäre erfolgt.Should a relatively low specific electrical Wi If the status is reached, then the speaking sub-area provided mixed powder and / or granules less than 70% α-silicon carbide to use. In this case, we also recommend that heating the ent after the coking process standing body under nitrogen and / or stick atmosphere.

Wird die Silicierung unter Argon durchgeführt, so wer­ den bei Materialien, die mit Beryllium, Bor und Alumi­ nium dotiert wurden, hohe Widerstandswerte bei Raumtem­ peratur (< 10³ Ohm×cm) erzielt, während z. B. der Wi­ derstandswert von Sb-dotiertem Material unter 10 Ohm×cm liegt. Wird dagegen die Silicierung unter Stickstoff oder stickstoffhaltigem Argon durchgeführt, findet eine zusätzliche N-Dotierung des Materials statt, wodurch die oben genannten Widerstandswerte bis zu einigen 10er-Potenzen herabgesetzt werden können.If the siliconization is carried out under argon, so who for materials made with beryllium, boron and alumi nium doped, high resistance values for room temperature achieved temperature (<10³ Ohm × cm), while z. B. the Wi the value of Sb-doped material below 10 Ohm × cm lies. In contrast, the siliconization under nitrogen or nitrogenous argon, one finds additional N-doping of the material instead, whereby the above resistance values up to some Powers of 10 can be reduced.

Dabei ist von Vorteil, wenn zur Bildung einer Schicht und/oder eines Bereiches mit möglichst guter elektri­ scher Leitfähigkeit der Stickstoffanteil in der Sinter­ atmosphäre wenigstens 20% beträgt.It is advantageous if to form a layer and / or an area with the best possible electri shear conductivity of the nitrogen content in the sinter atmosphere is at least 20%.

Um einen Formkörper zu erhalten, der als Filter einge­ setzt werden soll, empfiehlt es sich, bei der Herstel­ lung des Mischpulvers oder Granulats nach einer aus der DE-OS 41 30 630 bekannten Verfahrensweise vorzugehen. Bei Anwendung dieser Verfahrensweise werden die Füller­ körner mit dem Binder umhüllt und dabei ein sog. CM-Ma­ terial (CM = Coat Mix) erhalten:In order to obtain a shaped body that is used as a filter it is recommended to contact the manufacturer the mixed powder or granulate after one of the DE-OS 41 30 630 known procedure to proceed. When using this procedure, the fillers  grains coated with the binder and thereby a so-called CM-Ma receive material (CM = Coat Mix):

Zur Herstellung des Mischpulvers wird zunächst aus einer Flüssigkeit, z. B. Alkohol, dem Binder, der in der Flüssigkeit ganz oder zum Teil lösbar ist, und den wei­ teren Komponenten des Mischpulvers eine Suspension ge­ bildet. Diese wird sodann in eine andere Flüssigkeit, mit der das Lösungsmittel mischbar, in der der Binder jedoch nicht oder nur schwer löslich ist, eingegeben, worauf sich die mit dem Binder überzogenen Körner als schlammige Masse absetzen. Die Körner werden durch Dekantieren von der überstehenden Flüssigkeit befreit und anschließend getrocknet.To produce the mixed powder, first of all a liquid, e.g. B. alcohol, the binder that in the Liquid is completely or partially soluble, and the white tere components of the mixed powder a suspension forms. This is then put into another liquid, with which the solvent is miscible, in which the binder but is not soluble or only sparingly soluble, whereupon the grains coated with the binder as settle muddy mass. The grains are through Decanting removes the excess liquid and then dried.

Zu empfehlen ist, die Aufschlämmung in einer Mischkam­ mer mittels einer Mischdüse in die Abscheideflüssigkeit einzuspritzen, so daß die Körner mit dem Bindemittel gleichmäßig überzogen werden.It is recommended to mix the slurry in a blender mer into the separating liquid by means of a mixing nozzle inject so that the grains with the binder be evenly coated.

Der Anteil des Binders in dem verwendeten Schlamm sollte 5 bis 30 Gew% der trockenen Einwaage betragen.The proportion of the binder in the sludge used should be 5 to 30% by weight of the dry weight.

Für die Mischpulver werden Ausgangspulver mit Korn­ größen im Bereich von 0,5-50 µm verwendet. Beim Mischvorgang agglomerieren diese bis zu 200 µm.For the mixed powders are starting powders with grain sizes in the range of 0.5-50 µm used. At the Mixing process agglomerate these down to 200 µm.

Unterschiedlich vordotierte Mischpulver oder Granulate können schicht- oder zonenweise zu einem Formkörper verarbeitet werden, der nach der Silicierung Schichten bzw. Zonen mit unterschiedlichen Widerstandswerten auf­ weist. Bei Anlegen einer elektrischen Spannung können somit gezielt Temperaturfelder innerhalb eines derarti­ gen Formkörpers erzeugt werden. Different predoped mixed powders or granules can form a shaped body in layers or zones processed after the siliconization layers or zones with different resistance values points. When applying an electrical voltage thus targeted temperature fields within such a gen shaped body are generated.  

Zur Bildung eines Formkörpers mit einer wenigstens teilweise diesen bedeckenden Oberflächenschicht wird die Oberflächenschicht durch Aufsprühen einer dafür vorgesehenen Mischpulveraufschlämmung auf den Grünkör­ per gebildet.To form a shaped body with at least one partially covering this surface layer the surface layer by spraying one for it provided mixed powder slurry on the greens per formed.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird somit durch einen durchströmbaren Formkörper der eingangs be­ zeichneten Art gelöst, der gekennzeichnet ist durch Schichten und/oder Teilbereiche mit unterschiedlichem spezifischen elektrischen Widerstand, die sich durch Dotierungselemente, insbesondere deren Art und Menge, unterscheiden. Diese Schichten können zudem unter­ schiedliche Porositäten aufweisen.The object underlying the invention thus becomes through a flowable molded body of the beginning resolved type, which is characterized by Layers and / or sub-areas with different specific electrical resistance, which is characterized by Doping elements, in particular their type and quantity, differentiate. These layers can also under have different porosities.

Soll eine Schicht beispielsweise im Niederspannungsbe­ reich auf eine Betriebstemperatur von 700°C erhitzt werden, so sind - bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens - Geometrie (Dicke und Länge der Schicht) und der spezifische elektrische Widerstand entsprechend zu wählen.Should a shift, for example, in low voltage heated to an operating temperature of 700 ° C are, are - when using the invention Process geometry (thickness and length of the layer) and the specific electrical resistance accordingly to choose.

Für den Fall, daß der durchströmbare Körper als Filter­ element, beispielsweise als Dieselrußfilter, zum Ein­ satz kommen soll und über die elektrischen Kontakte re­ generiert werden soll, ist insbesondere ein durchström­ barer Körper geeignet, der eine Oberflächenschicht auf­ weist, die gegenüber dem von der Oberflächenschicht be­ deckten Teil des Körpers eine höhere spezifische elek­ trische Leitfähigkeit aufweist.In the event that the flowable body as a filter element, for example as a diesel soot filter, for one set should come and right over the electrical contacts is to be generated, in particular a flow suitable body with a surface layer points that be opposite to that of the surface layer covered part of the body a higher specific elek has tric conductivity.

Der spezifische elektrische Widerstand der Oberflächen­ schicht dieses Filterkörpers beträgt 10-2 bis zu 10 Ohm×cm. The specific electrical resistance of the surface layer of this filter body is 10 -2 up to 10 Ohm × cm.

Ist der durchströmbare Körper rohrförmig, so kann er beispielsweise als Dieselrußfilter in der Art einge­ setzt werden, daß er von außen mit dem die Rußpartikel mitführenden Abgas eines Dieselmotors beaufschlagt wird. Diese Partikel dringen bei entsprechend gewählter Porosität nur etwa 0,5-2 mm in die Oberfläche des Filterkörpers ein. Zur Regeneration des Filters, d. h. zur Verbrennung der vom Filterkörper aufgefangenen Ruß­ partikel, genügt es daher, nur eine dieser Dicke ent­ sprechende Oberflächenschicht auf zuheizen. Die Dicke der Oberflächenschicht und deren spezifischer elektri­ scher Widerstand wird daher so gewählt, daß gerade der Bereich des Filters, in den die Rußpartikel eindringen, erhitzt werden kann. Mit anderen Worten: Die Oberflä­ chenschicht hat eine Dicke von maximal 2 mm.If the flowable body is tubular, it can for example, used as a diesel particulate filter in the way be placed on the outside with which the soot particles entrained exhaust gas from a diesel engine becomes. These particles penetrate when selected accordingly Porosity only about 0.5-2 mm in the surface of the Filter body. To regenerate the filter, i.e. H. for burning the soot collected by the filter body particle, it is therefore sufficient to remove only one of these thicknesses speaking surface layer to heat up. The fat the surface layer and its specific electri shear resistance is therefore chosen so that just the Area of the filter into which the soot particles penetrate, can be heated. In other words: the surface layer has a maximum thickness of 2 mm.

Die Dicke der Oberflächenschicht kann gering gehalten werden, wenn die Oberflächenschicht zugleich feinporig ist, so daß die Rußpartikel in ihr aufgehalten werden. Um eine hohe Gasdurchlässigkeit des Filters zu erhal­ ten, wird der Teilbereich des Filters, der von der Oberflächenschicht bedeckt ist, grobporig gewählt.The thickness of the surface layer can be kept small become, if the surface layer is simultaneously fine-pored is so that the soot particles are stopped in it. To get a high gas permeability of the filter ten, the section of the filter that is affected by the Surface layer is covered, chosen coarse-pored.

Eine zweckmäßige Weiterausgestaltung des durchströmba­ ren Formkörpers als Dieselrußfilter besteht darin, daß die Wandung des Körpers an beiden Enden im Bereich der zur elektrischen Aufheizbarkeit angebrachten elektri­ schen Kontakte eine gegenüber wenigstens einem zwischen den Kontakten liegenden, durchgehenden Teilbereich eine höhere spezifische elektrische Leitfähigkeit aufweist. Eine unerwünschte Erhitzung der Enden des Körpers wäh­ rend der Regenerationsphase (beim Stromfluß) wird da­ durch vermieden. Vielmehr wird lediglich die dünne Oberflächenschicht auf die zur Verbrennung der Rußpar­ tikel erforderliche Temperatur erhitzt. A practical further development of the throughflow Ren molded body as a diesel soot filter is that the wall of the body at both ends in the area of the attached to the electrical heatability contacts one against at least one between continuous partial area lying on the contacts has higher specific electrical conductivity. Undesirable heating of the ends of the body rend during the regeneration phase (when the current flows) avoided by. Rather, only the thin one Surface layer on the for burning the soot par heated to the required temperature.  

In der Zeichnung sind Formkörper dargestellt, die im Zusammenhang mit den nachstehend beschriebenen Ausfüh­ rungsbeispielen näher erläutert werden. Es sind ferner Versuchsdiagramme wiedergegeben, die ebenfalls nachste­ hend erläutert werden.Shaped bodies are shown in the drawing Relation to the executions described below tion examples are explained in more detail. There are further Experimental diagrams reproduced, which are also next be explained below.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 Formkörper mit einem zwischen zwei nicht vordotierten Bereichen liegenden do­ tierten Bereich; Fig. 1 molded body with a lying between two non-predoped areas do tated area;

Fig. 2 Formkörper mit planarer Anordnung der Teilbereiche; Fig. 2 is shaped body having a planar arrangement of the partial areas;

Fig. 3 Längs schnitt durch ein rohrförmiges Fil­ terelement; Fig. 3 longitudinal section through a tubular Fil terelement;

Fig. 4 Diagramm: spezifischer ohmscher Wider­ stand von Formkörpern bzw. Formkörper­ teilbereichen in Abhängigkeit von unter­ schiedlichen Dotierungen; Fig. 4 diagram: specific ohmic resistance of molded bodies or molded body parts depending on different dopings;

Fig. 5 Diagramm: spezifischer ohmscher Wider­ stand von Formkörpern bzw. Formkörper­ teilbereichen in Abhängigkeit vom Stick­ stoffgehalt der Sinteratmosphäre. Fig. 5 diagram: specific ohmic resistance of molded bodies or molded body parts depending on the nitrogen content of the sintering atmosphere.

Ausführungsbeispiel 1Embodiment 1

Herstellung eines Formkörpers mit einem zwischen zwei nichtdotierten Bereichen liegenden dotierten Teilbe­ reich gemäß Fig. 1.Production of a molded body with a doped partial region lying between two undoped regions as shown in FIG. 1.

Zur Herstellung des nur mit Stickstoff zu dotierenden Granulates wurden 200 g Novolak-Harz in 1 l Ethanol ge­ löst und durch Zugabe von 397 g Si und 70 g Elektrogra­ phit (Partikeldurchmesser der eingesetzten Füllermate­ rialien zwischen 0,5 mm und 50 µm) eine Aufschlämmung hergestellt, die gemäß dem oben genannten Coat-Mix- Verfahren (DE-OS 41 30 630) mit Wasser verdüst wurde, wobei sich das im Wasser unlösliche Binderharz auf den Füllerpartikeln abschied. Durch Filtration wurde das so beschichtete Pulver von der Flüssigkeit abgetrennt, mit einem Taumelmischer agglomeriert und getrocknet. Die Fraktion der Agglomerate mit einem Korndurchmesser von 0,5-1 mm wurde durch Sieben abgetrennt.For the production of nitrogen-only doping 200 g of novolak resin were granulated in 1 l of ethanol dissolves and by adding 397 g Si and 70 g electrogra phit (particle diameter of the filler mat used  rialien between 0.5 mm and 50 µm) a slurry manufactured in accordance with the Coat Mix Process (DE-OS 41 30 630) was sprayed with water, where the water-insoluble binder resin on the Filler particles farewell. Filtration made it so coated powder separated from the liquid with agglomerated and dried in a tumble mixer. The fraction of agglomerates with a grain diameter of 0.5-1 mm was separated by sieving.

Ein weiteres Granulat wurde wie oben beschrieben herge­ stellt, jedoch wurden dem Füllergemisch zusätzlich 10,7 g Aluminiumoxid als Vordotierungsmittel zugesetzt.Another granulate was obtained as described above provides, however, were added to the filler mix 10.7 g of aluminum oxide were added as a predoping agent.

Zur Grünkörperherstellung wurde in einer Matrize einer Grundfläche von 15×70 mm ein etwa 12 mm breiter Be­ reich durch Folie abgetrennt. Außen wurde Material ohne Vordotierungen und innen das Aluminiumoxid-haltige Gra­ nulat eingefüllt. Fig. 1 verdeutlicht dies anhand einer Skizze.To produce green bodies, an approximately 12 mm wide area was separated by foil in a die with a base area of 15 × 70 mm. On the outside material was filled without predoping and on the inside the aluminum oxide-containing granulate. Fig. 1 illustrates this using a sketch.

Nach Entfernen der Folien wurde durch Gesenkpressen bei 130°C ein Grünkörper hergestellt.After removing the foils, it was pressed by 130 ° C a green body produced.

Dieser Grünling wurde durch Erhitzen unter Argon auf 850°C verkokt, wobei unter Gewichtsverlust und Dimen­ sionsänderungen die Binderharzphase in Kohlenstoff überführt wurde.This green compact was opened by heating under argon Coked at 850 ° C, taking weight loss and dimen changes the binder resin phase in carbon was transferred.

Anschließend wurde der Körper unter Stickstoff gemäß DE-OS 41 30 630 in einem widerstandsbeheizten Ofen auf 1900°C aufgeheizt wobei die Anteile an freiem Kohlen­ stoff und freiem Silicium zu Siliciumcarbid umgesetzt wurden, ohne daß der Körper weitere Dimensionsänderun­ gen erfuhr. The body was then under nitrogen DE-OS 41 30 630 in a resistance heated oven 1900 ° C heated with the proportions of free coal implemented material and free silicon to silicon carbide without changing the dimensions of the body gene experienced.  

Der elektrische Widerstand der einzelnen Zonen des Kör­ pers konnte nach der Vierpunktmethode bestimmt werden. An beiden Enden betrug er 0,007 Ωcm; die mit Al vordo­ tierte Phase in der Körpermitte wies einen spezifischen elektrischen Widerstand von 0,014 Ωcm auf.The electrical resistance of the individual zones of the body pers could be determined using the four-point method. It was 0.007 Ωcm at both ends; the one with Al vordo tated phase in the middle of the body showed a specific electrical resistance of 0.014 Ωcm.

Ausführungsbeispiel 2Embodiment 2

Herstellung eines Formkörpers mit planarer Anordnung der Teilbereiche gemäß Fig. 2.Production of a molded body with a planar arrangement of the partial areas according to FIG. 2.

Gemäß Ausführungsbeispiel 1 wurden zwei Granulate her­ gestellt, wobei dem einen Ausgangs-Füllergemisch als Vordotierungsmittel 6,6 g Antimon und dem anderen 7,2 g Borcarbid zugesetzt wurden.According to embodiment 1, two granules were produced provided, the one starting filler mixture as Predoping agent 6.6 g antimony and the other 7.2 g Boron carbide were added.

Weiterverwendet wurden die Granulatfraktionen 0,2-0,4 mm im Falle des Sb-vordotierten Materials, beim Bor-vordotierten Material wurde die Fraktion 1,0-1,6 mm eingesetzt.The granulate fractions were also used 0.2-0.4 mm in the case of the Sb-predoped material, the fraction was used for boron-pre-doped material 1.0-1.6 mm inserted.

Aus diesen Granulaten wurde mit Hilfe einer Formmatrize gemäß DE 39 25 844 C2 ein Körper hergestellt (Grundfläche der Matrize 15×70 mm²), der aus einer 2 mm dicken Schicht des mit Antimon vordotierten Granu­ lats und einer etwa 8 mm starken Schicht des Materials mit Bor-Vordotierung bestand. Der Testkörper wurde wie in Ausführungsbeispiel 1 beschrieben verkokt und bei 1900°C unter N₂ siliciert. Eine Skizze dieses Körpers ist in Fig. 2 wiedergegeben.A body was produced from these granules with the aid of a molding die according to DE 39 25 844 C2 (base area of the die 15 × 70 mm²), which consisted of a 2 mm thick layer of the granulate predoped with antimony and an approximately 8 mm thick layer of the material Boron predoping existed. The test body was coked as described in Example 1 and siliconized at 1900 ° C under N₂. A sketch of this body is shown in Fig. 2.

Die Länge des silicierten Körpers betrug nach Abnahme eines schmalen Streifens 65,3 mm, die Breite 12,9 mm und die Höhe 9,7 mm. Die Höhe der Sb-dotierten Schicht betrug 2 mm. Der Gesamtwiderstand des Körpers wurde mit R = 0,182 Q bestimmt.The length of the siliconized body was after decrease of a narrow strip 65.3 mm, the width 12.9 mm and the height 9.7 mm. The height of the Sb-doped layer was 2 mm. The total resistance of the body was with  R = 0.182 Q determined.

Zur Ermittlung des Widerstandes der einzelnen Schichten wurde vom schmalen Streifen der Sb-dotierte Teil abge­ trennt. Der spezifische Widerstand des mit Bor dotier­ ten Materials konnte nach der Vierpunktmethode mit ϕ= 0,209 Ωcm bestimmt werden. Auf den Gesamtkörper be­ zogen ergibt sich daraus ein Widerstand von 1,378 Ω. Somit konnte der spezifische Widerstand der Sb-vordo­ tierten Schicht rechnerisch mit 0,0083 Ωcm bestimmt werden.To determine the resistance of the individual layers the Sb-doped part was removed from the narrow strip separates. The specific resistance of the boron-doped materials could be used with the four-point method ϕ = 0.209 Ωcm can be determined. On the whole body This results in a resistance of 1.378 Ω. The specific resistance of the Sb-vordo arithmetically determined layer with 0.0083 Ωcm become.

Ausführungsbeispiel 3Embodiment 3

Herstellung eines Formkörpers mit planarer Anordnung der Teilbereiche gemäß Fig. 2.Production of a molded body with a planar arrangement of the partial areas according to FIG. 2.

Gemäß Ausführungsbeispiel 1 wurde nach dem Coat-Mix- Verfahren aus 200 g Novolak-Harz, 234 g Silicium und 232 g Siliciumcarbid unter Zugabe von 7,2 g Borcarbid als Vordotierungsmittel ein Ausgangspulver hergestellt, das ebenfalls granuliert wurde. Aus der Granulatfrak­ tion 1,0-1,6 mm dieses Materials wurde zusammen mit dem im Ausführungsbeispiel 2 verwendeten Sb-vordotier­ tem Granulat eine planare Materialkombination gemäß Ausführungsbeispiel 2 hergestellt, verkokt und unter N₂-Atmosphäre siliciert.According to embodiment 1, after the coat mix Process from 200 g novolak resin, 234 g silicon and 232 g silicon carbide with the addition of 7.2 g boron carbide a starting powder is produced as a pre-doping agent, that was also granulated. From the granulate fracture tion 1.0-1.6 mm of this material was together with the Sb pre-dopant used in embodiment 2 granulate according to a planar material combination Embodiment 2 manufactured, coked and under Silicated N₂ atmosphere.

Die spezifischen elektrischen Widerstände wurden für die mit Bor vordotierte Schicht mit 0,0083 Ωcm be­ stimmt.The specific electrical resistances were for the layer predoped with boron with 0.0083 Ωcm Right.

Ausführungsbeispiel 4Embodiment 4

Herstellung eines Filterelementes gemäß Fig. 3. Production of a filter element according to FIG. 3.

Die im Ausführungsbeispiel 3 verwendeten Granulate wur­ den zu einem rohrförmigen Dieselrußfilter verarbeitet, verkokt und unter Stickstoff-Atmosphäre siliciert.The granules used in embodiment 3 were processed into a tubular diesel soot filter, coked and siliconized under a nitrogen atmosphere.

Die 1 mm starke "Glüh- und Filterschicht" sowie die Rohrenden aus Sb-vordotiertem Material wiesen einen spezifischen elektrischen Widerstand von 0,0083 Ωcm, die 5 mm starke Bor-vordotierte, α-SiC-haltige "Stützschicht" einen solchen von 0,520 Ωcm auf.The 1 mm thick "glow and filter layer" as well as the Tube ends made of self-doped material showed one specific electrical resistance of 0.0083 Ωcm, the 5 mm thick boron-pre-doped, containing α-SiC "Support layer" on a 0.520 Ωcm.

Versuchsergebnisse gemäß Fig. 4Test results according to FIG. 4

In dem hier wiedergegebenen Diagramm ist der spezifi­ sche ohmsche Widerstand unterschiedlich dotierter, fer­ tiggestellter Formkörper bzw. Formkörperteile bei un­ terschiedlichen Betriebstemperaturen wiedergegeben.In the diagram shown here, the speci cal ohmic resistance of differently doped fer molded body or molded body parts at un different operating temperatures.

Es handelt sich um Formkörper, die nach ihrer Herstel­ lung nicht mehr als 30% α-Siliciumcarbid enthielten.These are molded articles that are manufactured according to their not contain more than 30% α-silicon carbide.

Im Diagramm ist an der jeweiligen Kurve das Dotierungs­ element angegeben. Die Dotierung betrug jeweils 1 Gew%.The doping is on the respective curve in the diagram element specified. The doping was 1% by weight.

Aus dem Diagramm ist zu ersehen, daß eine Dotierung mit Bor oder Aluminium zu einem höheren Widerstand führt, als sie ein nichtdotierter Formkörper aufweist.It can be seen from the diagram that a doping with Boron or aluminum leads to a higher resistance, than it has an undoped shaped body.

Eine Dotierung mit Antimon führt zu einem geringeren spezifischen elektrischen Widerstand.Doping with antimony leads to less specific electrical resistance.

Eine weitere Erniedrigung des spezifischen elektrischen Widerstandes wurde bei Formkörpern erzielt, die in stickstoffhaltiger Atmosphäre gesintert worden waren. Die Dotierung mit oben genannten Elementen gibt dabei die Möglichkeit, unterschiedliche spezifische elektri­ sche Widerstände einzustellen. Der niedrigste spezifi­ sche elektrische Widerstand wurde bei einem Formkörper erzielt, dessen Ausgangsstoff mit Antimon dotiert war und der in Stickstoffatmosphäre gesintert worden war.Another lowering of the specific electrical Resistance was achieved in the case of moldings which nitrogen-containing atmosphere had been sintered. The doping with the above-mentioned elements gives the possibility of different specific electri  set resistances. The lowest spec electrical resistance was in a molded article achieved, the starting material was doped with antimony and which had been sintered in a nitrogen atmosphere.

Versuchsergebnisse gemäß Fig. 5Test results according to FIG. 5

Aus dem Diagramm geht hervor, daß ein Stickstoffgehalt von ca. 20% in der Sinteratmosphäre genügt, um einen möglichst niedrigen spezifischen ohmschen Widerstand zu erhalten. Geringere Gehalte von Stickstoff in der Sin­ teratmosphäre ergeben die Möglichkeit, höhere spezifi­ sche ohmsche Widerstände einzustellen.The diagram shows that there is a nitrogen content of approx. 20% in the sintering atmosphere is sufficient for one specific ohmic resistance as low as possible receive. Lower levels of nitrogen in the Sin teratmosphere result in the possibility of higher speci set ohmic resistances.

Die bei der Untersuchung eingesetzten Formkörper hatten nach ihrer Herstellung einen α-Siliciumcarbid-Gehalt von nicht mehr als 30%.The moldings used in the investigation had an α-silicon carbide content after their production of no more than 30%.

Claims (15)

1. Verfahren zur Herstellung poröser, durchströmba­ rer Formkörper aus Siliciumcarbid, bei dem aus Granulat einer Kornfraktion aus dem Korngrößenbe­ reich von 0,2-10 mm oder aus Mischpulver, bei deren Bildung als Ausgangsstoffe außer einem ver­ kokbaren organischen Binder noch Silicium, Kohlenstoff und/oder α-Siliciumcarbid eingesetzt werden, ein Grünkörper geformt wird, der in einer Inertgasatmosphäre oder im Vakuum durch Aufheizen auf eine Temperatur im Bereich von 600-1000°C verkokt wird und bei dem der nach dem Verkokungsprozeß entstandene Formkörper auf eine Temperatur von 1600-2000°C aufgeheizt wird, wobei sich das Silicium mit Kohlenstoff zu α-Siliciumcarbid umsetzt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines aus Schichten und/oder Teilbereichen unterschiedlicher spezifischer elektrischer Leitfähigkeit bestehenden Formkörpers bei der Formung des Grünkörpers für entsprechende Schichten und/oder Bereiche Mischpulver und/oder Granulate verwendet werden, die aus dem verkokbaren organischen Binder und zusätzlich wahlweise aus Silicium oder Silicium und Kohlenstoff oder Silicium und Kohlenstoff und α-Siliciumcarbid oder nur α-Siliciumcarbid zur Erzielung der angestrebten elektrischen Leit­ fähigkeit gebildet worden sind. 1. Process for the production of porous, flow-through shaped bodies made of silicon carbide, in which a granular fraction from the grain size range of 0.2-10 mm or from mixed powder, in their formation as starting materials, besides a carbonizable organic binder, silicon, carbon and / or α-silicon carbide are used, a green body is formed, which is coked in an inert gas atmosphere or in a vacuum by heating to a temperature in the range from 600-1000 ° C. and in which the shaped body formed after the coking process is heated to a temperature of 1600- 2000 ° C is heated, the silicon reacting with carbon to form α-silicon carbide, characterized in that to achieve a shaped body consisting of layers and / or partial areas of different specific electrical conductivity when forming the green body for corresponding layers and / or areas of mixed powder and / or granules are used which a us the coking organic binder and additionally optionally made of silicon or silicon and carbon or silicon and carbon and α-silicon carbide or only α-silicon carbide to achieve the desired electrical conductivity. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendeten Mischpulver und/oder Granu­ late zusätzlich mit Dotierungsstoffen zur Erzie­ lung der angestrebten elektrischen Leitfähigkeit gebildet worden sind.2. The method according to claim 1, characterized, that the mixed powder and / or granule used late in addition with dopants to educate target electrical conductivity have been formed. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Dotierungsstoffe Elektronendonatoren, wie Antimon, Phosphor und Zinn, eingesetzt werden.3. The method according to claim 1 or 2, characterized, that as dopants electron donors, such as Antimony, phosphorus and tin can be used. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Dotierungsstoffe Elektronenrezeptoren, wie Aluminium, Beryllium und Bor, eingesetzt wer­ den. 4. The method according to claim 1 or 2, characterized, that as dopants electron receptors, like aluminum, beryllium and boron the.   5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Mischpulver oder Granulat weniger als 70% α-Siliciumcarbid eingesetzt wird.5. Method according to one of the preceding Expectations, characterized, that in the mixed powder or granulate less than 70% α-silicon carbide is used. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufheizung des nach dem Verkokungsprozeß entstandenen Vorkörpers unter Stickstoff oder stickstoffhaltiger Atmosphäre erfolgt.6. The method according to claim 5, characterized, that the heating up after the coking process resulting body under nitrogen or nitrogenous atmosphere. 7. Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet , daß zur Bildung einer Schicht und/oder eines Be­ reiches mit möglichst guter elektrischer Leitfä­ higkeit der Stickstoffanteil in der Sinterat­ mosphäre wenigstens 20% beträgt.7. The method according to claim 6, featured, that to form a layer and / or a Be rich with the best possible electrical guidelines  the nitrogen content in the sinterate atmosphere is at least 20%. 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung eines Formkörpers mit einer we­ nigstens teilweise diesen bedeckenden Oberflä­ chenschicht die Oberflächenschicht durch Aufsprü­ hen einer dafür vorgesehenen Mischpulver- oder Granulat-Aufschlämmung auf den Grünkörper gebil­ det wird.8. Method according to one of the preceding Expectations, characterized, that to form a shaped body with a we at least partially this covering surface surface layer by spraying hen a designated mixed powder or Granulate slurry formed on the green body det. 9. Durchströmbarer Körper aus Siliciumcarbid, elek­ trisch aufheizbar und regenierbar über elektri­ sche Kontakte, mit einer Porosität von 35-75%, gekennzeichnet durch Schichten und/oder Teilbereiche mit unterschied­ lichem spezifischen elektrischen Widerstand, die sich durch Dotierungselemente, insbesondere deren Art und Menge, unterscheiden.9. Flowable body made of silicon carbide, elec can be heated up and regenerated electrically contacts, with a porosity of 35-75%, marked by Layers and / or sub-areas with difference specific electrical resistance, the themselves by doping elements, in particular their Type and quantity. 10. Durchströmbarer Körper nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß Schichten und/oder Teilbereiche unterschied­ liche Porosität aufweisen.10. flowable body according to claim 9, characterized, that layers and / or sub-areas differed have porosity. 11. Durchströmbarer Körper nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch eine Oberflächenschicht, die gegenüber dem von der Oberflächenschicht bedeckten Teil des Körpers eine höhere spezifische elektrische Leitfähigkeit aufweist.11. Flowable body according to claim 9 or 10, marked by a surface layer that is opposite to that of the surface layer covered part of the body a higher specific electrical conductivity having. 12. Durchströmbarer Körper nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der spezifische elektrische Widerstand der Oberflächenschicht 10-2 bis zu 10 Ohm×cm be­ trägt.12. Flowable body according to claim 11, characterized in that the specific electrical resistance of the surface layer 10 -2 up to 10 ohms × cm carries. 13. Durchströmbarer Körper nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht feinporig, der darun­ terliegende Teilbereich des Formkörpers grobporig ist.13. Flowable body according to claim 11 or 12, characterized, that the surface layer is fine-pored, that of it Sub-area of the molded article with large pores is. 14. Durchströmbarer Körper nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper rohrförmig ist.14. Flowable body according to one of the claims 9 to 12, characterized, that the body is tubular. 15. Durchströmbarer Körper nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung des Körpers an beiden Enden im Bereich der zur elektrischen Aufheizbarkeit ange­ brachten elektrischen Kontakte eine gegenüber we­ nigstens einem zwischen den Kontakten liegenden, durchgehenden Teilbereich eine höhere spezifische elektrische Leitfähigkeit aufweist.15. Flowable body according to one of the claims 11 to 14, characterized, that the wall of the body at both ends in Range of electrical heatability brought electrical contacts one opposite at least one between the contacts, continuous sub-area a higher specific has electrical conductivity.
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